Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Stromes von in einem elektrostatischen Feld beschleunigten elektrisch geladenen Teilchen.
Bei der konventionellen Xerographie wird auf einer xerographischen Platte, mit einer auf einer leitenden Oberfläche aufgebrachten Schicht fotoleitenden Materials ein latentes, elektrostatisches Bild erzeugt und gespeichert. Die xerographische Platte wird zu diesem Zweck auf ihrer gesamten Oberfläche gleichmässig elektrostatisch geladen und dann wird ein dem zu reproduzierenden Bild entsprechendes Lichtbild auf die Platte projeziert, um deren Ladung selektiv zu entfernen. Das auf der Platte erzeugte latente, elektrostatische Bild wird mittels Pigmentfarbstoffteilchen entwickelt, die von der xerographischen Platte entsprechend dem elektrostatischen Bild elektrostatisch angezogen werden. Das Pulverbild wird danach durch Kontakt auf ein Papierblatt oder eine andere Druckunterlage übertragen.
Da jedoch die vom latenten elektrostatischen Ladungsbild erzeugten Kraftlinien aufeinander wirken, ist die Kraftliniendichte an den Rändern des latenten, elektrostatischen Ladungsbildes grösser als im Inneren, wodurch ein Pulverbild mit geschwächten Zentren und verstärkten Randbereichen erhalten wird.
Mit den in den US-Patentschriften Nr. 3 339 469 und 3 220 833 beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren werden diese Schwierigkeiten überwunden, indem das latente elektrostatische Bild zuerst auf einem gelochten Schirm oder einem Gitter aus leitendem Material, welches mit einer Schicht eines fotoleitenden Materials überzogen ist, erzeugt wird. Dann werden Farbstoffteilchen durch Bestäuben des Schirmes oder Gitters auf das latente, elektrostatische Bild aufgebracht, welche Farbstoffteilchen sich entsprechend dem Ladungsbild auf dem Schirm oder Gitter ablagern. Das so erhaltene Farbstoffbild wird dann durch die Wirkung eines elektrostatischen Feldes auf eine Druckunterlage übertragen.
Verbesserungen der in den oben genannten US-Patentschriften beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren sind in den US-Patenten Nr. 3 625 604 und 3 647 291 beschrieben.
Nach diesen Patenten wird ein gelochter Schirm mit mindestens einer leitenden Schicht und einer isolierenden Schicht benutzt, auf welchem ein latentes, elektrostatisches Bild erzeugt wird, um den Fluss der Pigmentfarbstoffteilchen oder anderer zum Druck geeigneter Teilchen, welcher von einem beschleunigenden Feld durch die Öffnungen des Schirmes bewirkt wird, zu beeinflussen. Durch diesen Schirm ist es möglich, auf den gegenüberliegenden Oberflächen der Isolierstoffschicht je eine Ladungsschicht und damit Streufelder in den Öffnungen des Schirmes zu erzeugen. Die Kraftlinien, welche von den elektrostatischen Feldern der beiden Ladungsschichten erzeugt werden, erstrecken sich in die Öffnungen des Schirmes hinein und können so ausgerichtet werden, dass sie den Durchfluss geladener Teilchen behindern oder verstärken.
Diese Kraftlinien können aber auch neutralisiert werden, sodass sie keine Wirkung auf die geladenen Teilchen haben. Somit können die auf den beiden sich gegenüberliegenden Oberflächen des Schirmes selektiv erzeugten Ladungsschichten den Durchfluss geladener Farbstoffteilchen durch die Öffnungen des Schirms in Übereinstimmung mit dem zu reproduzierenden Bild beeinflussen. Der beeinflusste Fluss der geladenen Farbstoffteilchen, wird mittels eines elektrostatischen Beschleunigungsfeldes auf eine Druckunterlage gerichtet und das dadurch auf der Druckunterlage erhaltene Pulverbild mittels bekannter Techniken fixiert.
Zum Erzeugen des latenten, elektrostatischen Bildes auf dem Schirm wird zuerst eine im wesentlichen gleichförmige Ladungsverteilung auf beiden Seiten der isolierenden Schicht erzeugt, wobei die Ladungen auf den beiden Seiten entgegengesetztes Vorzeichen haben, wodurch Streufelder in den Öffnungen erzeugt werden, die für geladene Teilchen eines bestimmten Vorzeichens Sperrfelder sind und den Fluss dieser blockieren. Bei Verwendung fotoleitenden Materials auf einer Seite des Schirmes können die Ladungsverteilung, und damit die Sperrfelder, entsprechend einem auf diese Seite des Schirms projezierten Lichtbild verändert werden. Die Sperrfelder werden dabei entsprechend dem Lichtbild selektiv neutralisiert oder durch entsprechende zusätzliche Massnahmen in Verstärkungsfelder umgewandelt, wodurch eine negative Kopie des Lichtbildes erhalten wird.
Um eine positive Kopie zu erhalten, werden besondere Kontaktladungstechniken oder andere Lösungen benutzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Flusses elektrisch geladener Teilchen zu schaffen, dem die Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen dieser Art nicht anhaften, und bei Anwendung in einer Kopiervorrichtung sowohl positive als auch negative Kopien ermöglicht.
Das Verfahren nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch Erzeugen einer Vielzahl von elektrostatischen Feldern in einem beschleunigenden elektrostatischen Feld zwischen zwei Ladungsschichten, wobei die Kraftlinien dieser elektrostatischer Felder im wesentlichen parallel zum Teilchenfluss gerichtet sind, und die elektrischen Felder derart sind, dass sie den Teilchenfluss unterstützen oder zu behindern, und selektives Verringern, Neutralisieren und Umkehren der elektrostatischen Felder entsprechend einem zu reproduzierenden Muster, wodurch ein diesem Muster entsprechendes elektrostatisches Ladungsbild zum Steuern des Stromes geladener Teilchen erhalten wird.
Die Vorrichtung nach der Erfindung umfasst einen Schirm mit Löchern, der auf beiden Seiten sowie auf den Lochwänden mit photoleitendem Material oder auf der einen Seite mit photoleitendem Material und auf der anderen Seite mit elektrisch isolierendem Material beschichtet ist, eine Ladevorrichtung zum Aufladen der Materialschichten auf beiden Seiten mit einer gleichen Ladung, und Mittel zum selektiven örtlichen Verändern der Ladungen auf der einen photoleitend beschichteten Seite des Schirmes in Abhängigkeit von einem Muster, um auf dieser Seite des Schirmes ein diesem Muster entsprechendes elektrostatisches Ladungsbild zu erzeugen.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin sind:
Die Figuren 1 und 4 Schnittansichten einer Vorrichtung zum Beeinflussen eines Flusses geladener Teilchen; die Figuren 5a und 5b Schnittansichten bekannter Vorrichtungen zum Beeinflussen eines Flusses geladener Teilchen, welche aus einer Isolierstoffschicht und einer leitenden Schicht bestehen;
Figur 6 eine Darstellung eines elektrostatischen Kopiervorgangs; die Figuren 7a bis 7i Teildarstellungen verschiedener Schirmausführungen;
Figur 8 eine Ansicht einer elektrostatischen Kopiervorrichtung;
Figur 9 ein Schnittbild durch eine andere Vorrichtung zum Beeinflussen eines Flusses geladener Teilchen; die Figuren 10 und 11 Darstellungen einer Technik zur Erzeugung eines latenten, elektrostatischen Bildes;
und
Figur 12 ein Schnittbild einer weiteren Vorrichtung zum Beeinflussen eines Flusses geladener Teilchen.
In den Figuren 1 bis 4 ist eine Vorrichtung zum Beeinflussen eines Flusses geladener Teilchen dargestellt, welche aus einem gelochten Schirm- oder Gitterelement 11 aus Metall oder einem anderen leitenden Material besteht. Das Element 11 ist auf der einen Seite 12 und den Innenwänden 13 der Schirmlöcher mit einer Schicht 14 eines elektrisch isolierenden Materials beschichtet, welches vorzugsweise eine hohe dielektrische Durchschlagfestigkeit, sowie einen hohen spezifischen Wider stand hat. Die gegenüberliegende Seite 15 des Elementes 11 ist mit einer Schicht 16 eines fotoleitenden Materials beschichtet.
Beim Herstellen des Schirmes wird das Element 11 zuerst mit der Schicht 14 eines Isolierstoffes auf der Seite 12 und den Innenwänden 13, welche die Öffnungen in Schirm begrenzen, beschichtet. Der Isolierstoff kann, z. B. durch Besprühen des Schirmes von einer Seite her aufgebracht werden. Dadurch kann etwas Isolierstoff 14 auf der gegenüberliegenden Seite 15 des Schirmes niedergeschlagen werden. Dieses Material kann nach dem Besprühen durch Abreiben der Seite 15 mit einem Schleifmaterial entfernt werden. Ein fotoleitendes Material wird dann auf die noch nicht beschichtete Seite 15 des Schirmes vorzugsweise so aufgebracht, dass die Beschichtung der Wände der Löcher im Schirm vermieden wird, aber etwas fotoleitendes Material kann doch auf den Wänden der Löcher geduldet werden.
Das Beschichten der Seite 15 des Elementes 11 kann durch elektrostatisches Besprühen mit dem fotoleitenden Material erfolgen, nachdem die Isolierschicht 14 zuerst mit Ladungen geladen worden ist, welche gleich der Ladung des fotoleitenden Materials 16 sind. Dadurch wird das fotoleitende Material 16 von der Isolierstoffschicht 14 während des Besprühens abgestossen, sodass eine Trennung der Schichten 16 und
14 erfolgt.
Bei der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Betriebsweise wird der Schirm 10 derart angeordnet, dass die mit der Isolierstoffschicht überzogene Seite einer Pigmentfarbstoffteilchenquelle oder einer anderen Quelle geladener Teilchen gegen überliegt. Der Schirm 10 wird zuerst gleichmässig über seine gesamte Oberfläche elektrisch geladen, sodass die Potentiale auf der Isolierschicht 14 und der fotoleitenden Schicht 16 auf den sich gegenüberliegenden Seiten des Schirmes einander ungefähr gleich sind. In Figur 2 ist eine negative Ladung als
Beispiel dargestellt. Während des Ladungsvorgangs wird das Element 11 auf Massenpotential oder einem ausgewählten, festen Potential gehalten. Das Aufladen der Seiten des Schirmes 10 kann z. B. mit einer Koronaentladungsquelle oder
Koronawand durchgeführt werden.
Durch die gleichmässige
Ladungsverteilung auf derOberfläche des Schirmes besteht kein Potentialunterschied zwischen den Seiten des Schirmes und es erstrecken sich keine Streufelder oder Kraftlinien in axialer Richtung durch die Öffnungen des Schirmes, so wie es in der Figur 2 dargestellt ist. Ein elektrostatisches Ladungsbild, entsprechend einem zu reproduzierenden Muster, wird dann durch selektives örtliches Verändern der Ladung auf der fotoleitenden Schicht 16 erzeugt, zu welchem Zweck die fotoleitende Schicht 16 mit dem zu reproduzierenden Muster beleuchtet wird; dabei ist das Element 11 an ein festes Potential oder an Masse angeschlossen, so wie es in der Figur 3 dargestellt ist.
Die negativen Ladungen auf der fotoleitenden Schicht 16 werden dadurch selektiv in den belichteten Bereichen entfernt, wodurch sich das Potential der fotoleitenden Schicht in den belichteten Bereichen dem Potential des Elementes 11 nähert.
Durch diese selektive Veränderung der Ladung der photoleitenden Schicht werden verschieden grosse Ladungsungleichheiten zwischen den beiden Seiten des Schirmes erzeugt, wodurch Streufelder, deren elektrostatische Kraftlinien sich durch die Öffnungen des Schirmes in den belichteten Teilen des Schirmes erstrecken, erzeugt werden. Wie in der Figur 3 dargestellt, bewirken diese Streufelder ein Blockieren oder Schwächen des Durchgangs positiv geladener Pigmentfarbstoff teilchen, welche sich auf den Schirm hinbewegen. Der Primäre Fluss der geladenen Pigmentfarbstoffteilchen wird durch ein elektrostatisches Beschleunigungsfeld erzeugt, in welchem der Schirm zur Beeinflussung des erzeugten Flusses geladener Teilchen angeordnet ist.
In den nicht belichteten Teilen des Schirmes bewirkt die Abwesenheit von Kraftlinien in den Öffnungen, dass jene Teile des Schirmes sich passiv gegenüber dem Pigmentfarbstoffteilchenfluss verhalten, wodurch demselben Durchlass gewährt wird, so wie es in der Figur 3 dargestellt ist. Die Stärke der Streufelder in den Offnungen des Schirmes ist der Ladungsänderung auf der fotoleitenden Schicht 16 proportional, wobei die Ladungsänderung wieder der Belichtung proportional ist. Die Öffnungen des Schirmes erlauben deshalb eine Steuerung des Flusses geladener Teilchen innerhalb eines kontinuierlichen Bereiches, welche sich bis zum vollständigen Blockieren des Teilchenflusses in allen Öffnungen erstreckt.
Die Potentiale, welche von den beiden Seiten des Schirms während des Aufladens angenommen werden, sind durch die dielektrische Durchschlagfestigkeit, die Dicke und den spezifischen Widerstand der Materialien der Schichten auf diesen beiden Seiten begrenzt.
In manchen Anwendungen ist es vorteilhaft, den Schirm so auszubilden, dass das von der fotoleitenden Schicht angenommene Potential absolut grösser ist als dasjenige der Isolierstoffschicht. Dies kann dadurch erreicht werden, dass man die Fotoleiterschicht auf einer Seite des Schirmes dicker auslegt als die Isolierstoffschicht auf der anderen Seite. Der Dickenunterschied hängt vom Speichervermögen der verschiedenen Materialien ab. Bei einem solchen Schirm, wie er in der Fig. 4 dargestellt ist kann von der fotoleitenden Schicht eine grössere Ladungsmenge als von der Isolierstoffschicht aufgenommen werden, wodurch eine gleichförmige Ladungsungleichheit zwischen beiden Seiten des Schirmes oder mindestens entlang den Wänden der Öffnungen erreicht wird.
Die resultierenden Streufelder in den Öffnungen des Schirmes sind derart orientiert, dass sie Verstärkungs- oder Beschleunigungsfelder für den benutzten positiv geladenen Pigmentfarbstoff darstellen. Die Verstärkungsfelder vergrössern den Fluss positiv geladener Pigmentfarbstoffteilchen, durch die Teile des Schirmes, welche dunklen Flächen entsprechen, die nicht belichtet worden sind, wodurch die Druckdichte in diesen Bereichen verstärkt wird. So werden, wie in der Figur 4 dargestellt, die positiv geladenen Teilchen durch ein elektrostatisches Beschleunigungsfeld durch die Streufelder in den Öffnungen weiter beschleunigt und verstärkt.
Das Belichten des Schirms mit einen Lichtbild, wie vorhin beschrieben, wobei das Element 11 an ein festes Potential angeschlossen ist, führt zu einem selektiven Verändern der auf der fotoleitenden Schicht 16 gespeicherten Ladungen, wodurch die Verstärkungsfelder in den Öffnungen verschiedener Bereiche geschwächt, in anderen Öffnungen neutralisiert oder beseitigt, und in anderen Öffnungen in ihrer Richtung umgekehrt werden, um Sperrfelder veränderlicher Stärke zu erzeugen. Somit wird ein mit einem reproduzierendem Bild übereinstimmendes elektrostatisches Ladungsbild erzeugt, welches in den Öffnungen erzeugte Kraftfelder enthält, deren Wirkung vom Verstärken bis zum vollständigen Blockieren reicht.
Bei der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Metallgrundelement auf seiner gesamten Oberfläche mit einem isolierenden oder einem fotoleitenden Material überzogen. Die Überzüge können auf eine Vielzahl leitender Schirme, z. B. wie geätzte Metall- oder gewebte Drahtschirme aufgebracht werden, wobei die Schirme selbst sehr viele verschiedene Formen haben können, wovon einige Beispiele in den Figuren 7a bis 7i dargestellt sind.
Es ist zu bemerken, dass die hier beschriebenen Schirme nicht auf irgendwelche gegebene Formen, Grössen oder Verteilungen der Öffnungen begrenzt sind und selbst Öffnungen verschiedener Grösse und/oder Verteilung, selbst in willkürlicher Art, enthalten können, so wie es in den Figuren 7a bis 7i gezeigt ist. Im Schirm 201 (Figur 7a) sind die Öffnungen 203 wahllos verteilt und können desweitern verschiedene Grössen und sogar unregelmässige Formen haben. Der Schirm 205 (Figur 7b) besteht aus einer gleichmässigen Anordnung von kreisförmigen Löchern 207, welche im wesentlichen an den Ecken eines Quadrates angeordnet sind. Alternativ sind die Öffnungen 211 des Schirmes 200 (Figur 7c), welche kreisförmig sein können, an den Ecken gleichseitiger Dreiecke angeordnet.
Beim Schirm 213 (Figur 7d) sind die Öffnungen 215 quadratisch und an den Ecken von Quadraten angeordnet, beim Schirm 217 (Figur 7e) sind die Öffnungen 219 dreieckig und nach einem alternierenden Muster angeordnet und beim Schirm 221 (Figur 7f) sind die Löcher 223 sechseckförmig und an den Ecken von Quadraten angeordnet. Es ist auch möglich, dass der Schirm 229 (Figur 7g) aus einer Anordnung von Drähten besteht, welche zu einem Netz verwebt sind, so wie es in der Figur 7h dargestellt ist, in welchem Drähte 231 und 233 miteinander zu einem Drahtschirm verwebt sind.
Im Fall eines gewebten Drahtschirmes aus Drähten kreisförmigen Querschnitts wird das Beschichten der gesamteri Oberfläche des Schirmes in der Art durchgeführt, wie sie in der Figur 7i dargestellt ist. So wird die Isolierstoffschicht als Schicht 236 um den grössten Teil des Drahtumfanges herum aufgebracht, sodass es die Teile bedeckt, welche eine Seite des Schirmes und die Wände der Öffnungen im Schirm darstellen.
Die fotoleitende Schicht wird in Form einer Schicht 235 auf dem kleineren, verbleibenden Teil des Drahtumfanges aufgebracht und bedeckt die Teile, welche die gegenüberliegende Seite des Schirmes darstellen. Wie weiter unten erläutert werden wird, erfolgt eine bedeutende Verbesserung der Ladungsaufnahme und Speicherkapazität des Schirmes dadurch, dass sämtliche Metall- oder leitende Teile mit Isolierstoff oder fotoleitendem Material bedeckt sind. In den verschiedenen Anordnungen der Figuren 7a bis 7h kann das Beschichten der geätzten Schirme dadurch verbessert werden, dass die Kanten der Schirme vor dem Beschichten abgeschliffen oder abgerundet werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Konstruktion, zusätzlich zum direkten positiven Kopieren, liegt in der grösseren Ladungsspeicherkapazität durch das Metallgrundelement, dessen Oberfläche im wesentlichen vollständig mit Isolierstoff oder fotoleitendem Material überzogen ist. Bei bekannten elektrostatischen Schirmen 20, welche aus einer isolierenden Schicht 21 und einer angrenzenden leitenden Schicht 22 bestehen, so wie es in den Figuren 5a und Sb dargestellt ist, hat sich herausgestellt, dass die in dem fotoleitenden Material des Schirmes 11 aufgebauten Potentiale niedriger als die Potentiale sind, welche im gleichen Material aufgebaut werden können, wenn es in derselben Dicke auf eine ebene Metallplatte aufgebracht ist.
Z. B. Iässt sich ein 25,4 y dicker Überzug aus fotoleitendem Material, welches sich auf einer ebenen Metallplatte auf minus 600 Volt aufladen lässt, auf einem Lochschirm von der in den Figuren 5a und 5b gezeigten Art, unter identischen Ladungsbedingungen, nur bis auf 150 Volt aufladen. Der Grund für diesen Unterschied besteht darin, dass die freien Metallbereiche der leitenden Schicht 22 in den Öffnungen des Schirmes einen Strompfad bilden, welcher den Kornaentladungsstrom zur fotoleitenden Schicht 21 (Figur 5) verringert.
Obschon der Koronaentladungsstrom zu Beginn auf die ganze Oberfläche des Schirmes fliesst, leitet eine kleine auf der fotoleitenden Schicht 21 aufgebaute Ladungsmenge einen wesentlichen Teil des Koronastromes in die Öffnungen und so zur leitenden Schicht, wie es in der Figur 5b dargestellt ist, von wo aus dieser Teil nach Masse oder einem anderen festen Potential, das an die leitende Schicht 22 angeschlossen ist abgeleitet wird. Wenn der Verluststrom durch das fotoleitende Material gleich dem Koronastrom zur fotoleitenden Schicht ist, ist keine weitere Erhöhung des Potentials mehr möglich ist.
Bei den Schirmen der Figuren 1 bis 4 ist jedoch keine freie Metallschicht vorhanden, die einen Nebenschluss für den Koronastrom bildet, so dass die von der fotoleitenden Schicht und der Isolierstoffschicht aufgenommene Ladung und deren Potential etwa gleich sind den Ladungen und Potentialen einer Isolierschicht auf einer ebenen Platte. Weil kein Nebenschluss für den Koronastrom nach Masse oder einem anderen festen Potential besteht, wird weniger Koronastrom benötigt und die Ladezeit des Schirmes ist kleiner.
Die verbesserte Betriebsweise der Vorrichtung mit dem beschriebenen Schirm macht sie nicht nur vorteilhaft für positives, sondern auch für negatives Kopieren, wenn dies erwünscht ist. Negatives Kopieren wird mit dem in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Schirmen erreicht, in dem man, z. B. Pigmentfarbstoffteilchen entgegengesetzter Ladung als derjenige für positives Kopieren benutzt. Bei den in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Beispielen werden dann negativ geladene Pigmentfarbstoffteilchen benutzt oder die Schirmoberflächen werden, wie die Pigmentfarbstoffteilchen, mit einer positiven Ladung versehen. Allgemein gilt bei den beschriebenen Schirmen, wenn den Pigmentfarbstoffteilchen und dem Schirm die gleiche Ladung erteilt wird, erfolgt negatives Kopieren, und wenn die Pigmentfarbstoffteilchen und der Schirm Ladungen entgegengesetzten Zeichens haben, erfolgt positives Kopieren.
Ein positiver elektrostatischer Kopiervorgang ist in der Figur 6 schematisch dargestellt. Ein Schirm 43, von der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Art, wird zuerst auf beiden Seiten, z. B. mittels einer Koronawand 41, aufgeladen, sodass eine Ladung gleichen Vorzeichens auf beiden Seiten des Schirmes 43 erzeugt wird, so wie es beschrieben worden ist. Dadurch bilden sich keine elektrischen Felder in den Öffnungen des Schirmes.
Ist eine grössere Ladungsmenge auf der fotoleitenden Seite des Schinmes gespeichert so werden eine gleichmässige Ladungsungleichheit zwischen den beiden Seiten des Schirmes und Verstärkungsfelder in seinen Öffnungen erzeugt. Der Schirm 43 wird dann mittels einer Lichtquelle 45 belichtet, welche auf die Seite des Schirmes, die mit dem fotoleitenden Material beschichtet ist, ein Lichtbild entsprechend dem zu reproduzierenden Bild wirft. In diesem Augenblick ist der Metallkern des Schirmes an Masse oder an ein anderes festes Potential angeschlossen, um die auf der fotoleitenden Schicht gespeicherten Ladungen selektiv, proportional zur Intensität des auf die verschiedenen Bereiche des Schirmes geworfenen Lichtes zu verändern.
Dadurch wird ein elektrostatisches Ladungsbild auf dem Schirm erzeugt und gespeichert; der Schirm 43 wird dann zwischen einer Pigmentfarbstoffteilchenquelle 47 sowie einer Elektrode 49, die als Druckunterlage 49 ausgebildet ist angeordnet. Die Pigmentfarbstoffteilchenquelle 47 befindet sich auf einem festen Potential, um die Pigmentfarbstoffteilchen aufzuladen und ein Beschleunigungsfeld zwischen der Pigmentfarbstoffteilchenquelle 47 und der Elektrode 49 zu erzeugen.
Die Polaritäten sind so ausgewählt, dass die geladenen Pigmentfarbstoffteilchen der Quelle 47 in Richtung auf die Elektrode 49 beschleunigt werden und einen Strom geladener Teilchen erzeugen. Der Strom geladener Teilchen wird vom Schirm 43, der im Flugweg der Teilchen angeordnet ist, beeinflusst. Die unbelichteten Teile des Schirmes 43, welche den dunklen Teilen des zu reproduzierenden Musters entsprechen, verhalten sich passiv gegenüber dem Fluss der Pigmentfarbstoffteilchen, wodurch dunkle Farbstoffteilchen auf die Druckunterlage 49 entsprechend den dunklen Bereichen des zu reproduzierenden Musters abgesetzt werden.
Andererseits sperren die belichteten Bereiche des Schirmes 43, welche den hellen Bereichen eines zu reproduzierenden Bildes entsprechen, den Durchgang der dunklen Pigmentfarbstoffteilchen verschieden stark, wodurch auf der Druckunterlage 49 hellere Bereiche erzeugt werden, welche den helleren Bereichen des zu reproduzierenden Bildes entsprechen. Die Streufelder in den Öffnungen des Schirmes 43 sind in ihrer Stärke und Polarität zwischen dem Blockieren und dem Verstärken und über einen kontinuierlichen Bereich dazwischen veränderbar, zur Reproduktion der Töne einer kontinuierlichen Grauskala. Somit ermöglicht dieses Kopierverfahren direktes positives elektrostatisches Kopieren.
Der Schirm kann nicht nur zum Beeinflussen oder Steuern des Flusses geladener Pigmentfarbstoffteilchen oder -Tropfen oder anderer zum Druck geeigneter Materialien angewandt werden, sondern auch um allgemein einen Fluss geladener Teilchen zu steuern. Z. B. kann der Schirm dazu benutzt werden, um den Ionenfluss zu beeinflussen, wie es in dem US Patent Nr. 3 645 614 vorausgesetzt ist.
Ein elektrostatischer Drucker mit einem Schirm von der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Art, jedoch in Form eines endlosen Bandes 121, ist in der Figur 8 dargestellt. Der Schirm 121 wird von vier motorgetriebenen Rollen 122 bis 125 geführt und ist mit der Oberfläche, welche mit der fotoleitenden Schicht beschichtet ist, nach aussen angeordnet. In dem Masse wie das endlose Band 121 von den Rollen angetrieben wird, lädt eine Koronaentladung, die von Entladungsquellen 161 auf beiden Seiten des Bandes ausgeht, dieses mit gleichen Ladungen auf beiden Seiten auf.
Wenn die nach aussen gerichtete fotoleitende Schicht ein grösseres Ladungsvermögen als die Isolierstoffschicht auf der Innenseite des Bandes und den
Wänden der Löcher im Schirm hat, dann wird zwischen den beiden Seiten des Schirmes eine gleichmässige Ladungs ungleichheit erzeugt, welche gleichmässige Verstärkungsfelder in den Öffnungen des Schirmes bewirkt, wie es weiter oben be schrieben worden ist. Die beiden Seiten des Bandes 121 können über einen Schalter 163, welcher die Polarität der an die beiden
Koronaentladungsquellen 161 auf beiden Seiten des Bandes
121 angeschlossenen Spannungsquelle steuert, entweder positiv oder negativ, aufgeladen werden.
Dann wird das Band oder der Schirm vor eine Bildaufnah mestation 130 gebracht, die aus einer Lichtquelle 131, einem zu projezierenden Lichtbild 132 und einem Linsensystem 133, welches das Licht vom Lichtbild des zu reproduzierenden Bildes auf die Aussenseite des Schirmes 121 richtet, besteht. Der leitende Metallkern des Schirmes ist, z. B entlang einer Seite des endlosen Bandes frei und steht dauernd mit der Rolle 123 in elektrischer Verbindung, welche an Masse oder ein anderes festes Potential angeschlossen ist.
Als Folge des auf die fotoleitende Schicht des Schirmes 121 projezierten Lichtbildes, wird die fotoleitende Schicht selektiv leitend und die Ladungen des gleichmässigen Ladungsmuster werden selektiv über den Metallkern abgeleitet, wodurch ein elektrostatisches Ladungsbild aus Verstärkungs-, passiven und Sperrfeldern in den Öffnungen des Schirmes zum Steuern des Teilchenstromes zurückbleibt.
Der Teil des Schirmes 121, welcher das elektrostatische Ladungsbild trägt, wird dann in die Druckereistation 140 gebracht, welche eine Pigmentfarbstoffteilchenquelle 141 und eine Elektrode in Form eines endlosen Bandes 153 umfasst, zwischen denen der Schirm 121 angeordnet wird. Die Pigmentfarbstoffteilchenquelle 141 befindet sich auf einem Potential Ep und eine umlaufende Bürste 143 ist in der Pigmentfarbstoffteilchenquelle 141 vorgesehen, um die Pigmentfarbstoffteilchen zu durchmischen, damit dieselben leichter aus der Pigmentfarbstoffteilchenquelle in Richtung des Schirmes 121 unter Wirkung eines zwischen der Pigmentfarbstoffteilchenquelle 141 und der Elektrode 153, welche das Druckpapier 145 oder eine andere Druckunterlage trägt, erzeugten elektrischen Feldes wandern.
Das Beschleunigungsfeld wird mit Hilfe der Spannungsquelle Ep erzeugt, welche mit einer Leitung 147 und einem Schalter 148 an eine Rolle 150, welche sich mit der endlosen Elektrode 253 dauernd in elektrischem Kontakt befindet, angeschlossen ist. Die Elektrode 153 trägt auch das Papier oder eine andere Druckunterlage. Die Spannungsquelle Ep ist auch über eine Leitung 149 an die Pigmentfarbstoffteilchenquelle
141 angeschlossen. Der Fluss geladener Teilchen aus der Pigmentfarbstoffteilchenquelle 141, welcher in Richtung auf die Elektrode beschleunigt wird, wird vom elektrostatischen Ladungsbild auf dem Schirm 121 beeinflusst und die durch den Schirm gehenden Pigmentfarbstoffteilchen werden auf einem Papier 145 oder einer anderen Druckunterlage in der Druckereistation abgesetzt und erzeugen dort die gewünschte Kopie.
Das Papier 145, auf dem die geladenen Teilchen haften bleiben, wird von der bandförmigen Elektrode 153 in ein Heizgerät 157, welches das Teilchenbild dauerhaft auf der Druckunterlage fixiert, verschoben. Die bedruckten Blätter werden dann z. B.
mittels eines Keiles 159 abgenommen, welcher die bedruckten Blätter auf einen Stapel 161 ablegt. Das endlose Band 153 wird von einer motorgetriebenen Walze 163 synchron zum Schirm 121 intermittierend angetrieben, um das Drucken in der Druckerstation 140 zu ermöglichen.
Eine kontinuierliche Zufuhr des Pigmentfarbstoffes in Pulverform geschieht über eine Leitung 145 von einer geeigneten (nicht dargestellten) Quelle aus. Ein Vakuumreiniger in Form einer Leitung 170, zum entfernen der Pigmentfarbstoffteilchen oder anderer Druckerteilchen oder Tropfen vom Schirm nach Verlassen der Druckstation, ist vorgesehen. Der Schalter 148, welcher das Beschleunigungsfeld Ep steuert, wird bei stillstehendem endlosem Schirm 121 und endlosem Band 153 geschlossen, um die Übertragung der Pigmentfarbstoffteilchen über den Luftspalt zwischen der Pigmentfarbstoffteilchenquelle 141 und der Elektrode 153, zwischen denen der Schirm 121 und sein elektrostatisches Ladungsbild angeordnet ist, zu ermöglichen.
Bildaufnahme und Drucken werden vorzugsweise mit intermittierend bewegtem endlosen Schirm 121 und Band 153 durchgeführt; die Bildaufnahme kann aber auch zeilenweise kontinuierlich geschehen. In ähnlicher Weise kann mit dem beschriebenen Schirm im Einklang mit der Vorrichtung und dem Verfahren, welche in der US-Patentschrift Nr. 3 532 422, sowie in der US-Patentschrift Nr.
3 697 164 beschrieben sind, eine Farbkopie erzeugt werden.
Die in Figur 8 dargestellte Vorrichtung ist sowohl für positives, als auch für negatives Kopieren in Abhängigkeit von den Ladungen am Schirm 121 und den Pigmentfarbstoffteilchen in der Pigmentfarbstoffzuführung 141 geeignet.
Wenn man lichtempfindliche und fotoleitende Stoffe in den Komponenten des Druckers der Figur 8 benutzt, wird ein lichtdichtes Gehäuse, dargestellt durch die gestrichelte Linie 200, mit geeigneten Eingangs- und Ausgangsöffnungen benutzt.
Es wurde festgestellt, dass der Luftspalt zwischen dem Schirm und der Druckunterlage von der Grössenordnung von 1,6 bis 6.5 mm sein soll. Kontaktdrucken ist jedoch auch mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens möglich. Pigmentfarbstoffteilchen von der Grössenordnung von 20 y haben sich bei den beschriebenen Vorrichtungen als brauchbar erwiesen und lieferten Kopien. Jedoch werden kleinere Abmessungen bevorzugt. Die dielektrischen Materialien für den Schirm können aus einer Vielzahl von geeigneten dielektrischen Materialien, wie etwa Kunststoff, Quarz und anderen, ausgewählt werden.
Ein gelochter Schirm 101, welcher vollständig aus isolierendem dielektrischem Material hergestellt ist, ist in der Figur 9 dargestellt. In der Fig. 12 ist ein Teil eines Schirms mit einem Metallkern 111 dargestellt, der auf allen Seiten von einem dielektrischen Material 112 umgeben ist, das auf einer Seite dicker sein kann, um eine gleichförmige Ladungsungleichheit oder Spannungsdifferenz in den Öffnungen des Schirmes nach dem Laden der Oberflächen zu erzeugen. Der Schirm 101 nach der Fig. 9 wird auf seiner gesamten Oberfläche, einschliesslich beider Seitenflächen des Schirmes und der Wände, welche die Öffnungen begrenzen, mit gleichen Ladungen von Koronaentladungsquellen 102 und 103 geladen. Im dargestellten Beispiel sind die Koronaentladungsquellen an positive Potentiale angeschlossen um positive Ladungen auf der Oberfläche des Schirmes abzusetzen.
Die auf einer Seite oder Fläche des Schirmes abgesetzten Ladungen werden dann selektiv mittels einer der in dem US-Patent Nr. 3 625 604 beschriebenen Kontaktentladungstechniken abgeführt, wovon eine als Beispiel in der Figur 10 dargestellt ist. Nach dieser Figur geschieht das selektive Abführen der Ladungen auf einer Fläche des Schirmes 101 durch Benutzen einer mehrlagigen Entladeplatte 110, welche aus einem transparenten Träger 105, einer transparenten leitenden Schicht und einer Schicht 109 aus fotoleitendem Material besteht. Die Entladeplatte 110 wird mit einer Seite des Schirmes 101 in Berührung gebracht, sodass die fotoleitende Schicht 109 das dielektrische Material des Schirmes berührt.
Ein Lichtbild, entsprechend einem zu reproduzierenden Muster, wird durch die transparenten Schichten 105 und 107 auf die fotoleitende Schicht 109 projeziert. Gleichzeitig wird die transparente, leitende Schicht 107 an Masse oder ein anderes gewünschtes festes Potential angeschlossen, um die vorhin gleichmässig auf dem Schirm 101 verteilten Ladungen selektiv zu neutralisieren. Nachdem ein elektrostatisches Ladungsbild auf dem Schirm 101 erzeugt worden ist, wird die Entladeplatte 110 entfernt, wodurch der Schirm 101 mit einem darauf übertragenen elektrostatischen Ladungsbild zurückbleibt. Das Resultat des Entladevorganges nach der Figur 10 auf dem Schirm der Figur 9 ist in der Figur 11 dargestellt.
Wie vorhin beschrieben worden ist, erzeugt das elektrostatische Ladungsbild Streufelder in den Öffnungen des Schirmes zum selektiven Sperren oder Durchlassen eines Flusses geladener Teilchen durch den Schirm. Der Schirm 101 wird dann in eine Kopiervorrichtung zur Beeinflussung eines Flusses geladener Teilchen eingebaut, wie es etwa schematisch in der Figur 6 dargestellt ist.
Direkt-Kontakt-Ladeverfahren zum Erzeugen eines elektrostatischen Ladungsbildes, wie sie in den oben genannten US-Patenten Nr.3 625 604 und 3 647 291 beschrieben sind, können auch auf die verschiedenen hier beschriebenen Schirme angewandt werden. So kann, z. B. anstatt des selektiven Veränderns eines ursprünglich gleichförmig hergestellten Ladungsschicht, eine Seite des Schirmes direkt selektiv durch Übertragen eines elektrostatischen Ladungsbildes auf diese Seite geladen werden, indem ein Kontaktladeverfahren angewandt wird. Eine gleichförmige Ladungsschicht wird auf der gegenüberliegenden Seite des Schirmes erzeugt, um ein elektrostatisches Ladungsbild zu schaffen.
Es ist ersichtlich, dass eine grosse Anzahl dielektrischer
Schirme nach den beschriebenen Prinzipien gebaut werden können. So könnte z. B. der Schirm der Figur 9 aus geschichte ten Schichten dielektrischer Materialien verschiedenen
Ladungsvermögens hergestellt sein, um zuerst eine gleichförmi ge Ladungsungleichheit im Schirm zu erzeugen, und dadurch die Felder in den Öffnungen des Schirmes hervorzurufen.
Als Beispiel wird nun ein gelochter Schirm beschrieben. Ein rostfreies, geätztes Stahlschirmelement wurde mit einer Dicke von 38 ,tt und einem Lochdurchmesser von 140 re hergestellt, wobei der Kantenabstand der Löcher 38 set betrug. Das Grundelement war mit einer Isolierschicht aus einem Polymerkunststoff von 5 rt Dicke auf der einen Seite des Schirmes und auf den Wänden der Öffnungen überzogen. Ein fotoleitender Überzug aus Cadmiumsulfid, welches in einem Kunststoffbindemittel verteilt war, wurde auf der anderen Seite des Schirmes mit einer Dicke von 25 rz aufgetragen. Die fotoleitende Schicht wurde elektrostatisch auf eine Spannung von 400 Volt gegenüber Masse am Metallgrundelement aufgeladen.
Die Isolierstoffschicht auf der anderen Seite des Schirmes wurde auf eine Spannung von 200 Volt relativ zum Metallgrundelement gebracht. Der beschriebene Schirm hatte ein Verhältnis Lochfläche/Schirmoberfläche von ungefähr 65%.
Bezüglich der Schirmparameter hat sich herausgestellt, dass ein Verhältnis Fotoleiterdicke zu Lochdurchmesser von 5 bis 13 optimale Resultate liefert. Dies trifft auch dann zu, wenn ein isolierendes Material auf beiden Seiten des Schirmes, mit einer gleichmässigen, grösseren Dicke auf der einen Seite des Schirmes aufgebracht wird. In diesem Fall ist als Verhältnis das Verhältnis der Dicke der dickeren Isolierstoffschicht zum Lochdurchmesser zu nehmen. Es hat sich herausgestellt, dass ein Verhältnis Lochfläche/Gesamtfläche des Schirmes von 50-70% zu bevorzugen ist.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zum Steuern eines Stromes von in einem elektrostatischen Feld beschleunigten elektrisch geladenen Teilchen, gekennzeichnet durch Erzeugen einer Vielzahl von elektrostatischen Feldern in dem beschleunigenden elektrostatischen Feld zwischen zwei Ladungsschichten, wobei die Kraftlinien dieser elektrostatischen Felder im wesentlichen parallel zum Teilchenfluss gerichtet sind, und die elektrischen Felder derart sind, dass sie den Teilchenfluss unterstützen oder behindern, und selektives Verringern, Neutralisieren und Umkehren der elektrostatischen Felder entsprechend einem zu reproduzierenden Muster, wodurch ein diesem Muster entsprechendes elektrostatisches Ladungsbild zum Steuern des Stromes geladener Teilchen erhalten wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Verringern, Neutralisieren und Umkehren der elektrostatischen Felder durch Belichten der einen Ladungsschicht mit einem zu reproduzierenden Bild erfolgt.
2. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungsschichten verschiedene Potentiale haben.
3. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geladenen Teilchen Ionen sind.
PATENTANSPRUCH II
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch einen Schirm (10, 101) mit Löchern, der auf beiden Seiten sowie auf den Lochwänden mit photoleitendem Material oder auf der einen Seite mit photoleitendem Material und auf der anderen Seite mit elektrisch isolierendem Material beschichtet ist, eine Ladevorrichtung (41, 102, 103, 161) zum Aufladen der Materialschichten auf beiden Seiten (12, 15) mit einer gleichen Ladung, und Mittel (45, 130) zum selektiven örtlichen Verändern der Ladungen auf der einen photoleitend beschichteten Seite des Schirmes in Abhängigkeit von einem Muster, um auf dieser Seite des Schirmes ein diesem Muster entsprechendes elektostatisches Ladungsbild zu erzeugen.
UNTERANSPRÜCHE
4. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten auf beiden Seiten des Schirmes unterschiedliche elektrische, physikalische und/oder geometrische Eigenschaften haben, sodass in den Schichten unterschiedliche Potentiale aufgebaut werden können.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Schirm einen leitenden Kern hat.
6. Vorrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (45, 130) vorgesehen sind um ein dem zu reproduzierenden Bild entsprechendes Lichtbild auf die photoleitende Schicht zu projezieren, sowie Mittel, (123) zum Zuführen eines festen elektrischen Potentials an den leitenden Kern des Schirmes.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Material auch auf den Lochwänden aufgebracht ist.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.